Polyhydroxyalkanoáty jako metabolity prokaryot adaptovaných na extrémní prostředí

Abstract

Cílem této práce je studium polyhydroxyalkanoátů jako zásobních bakteriálních zdrojů uhlíku a energie produkovaných intracelulárně. Teoretická část práce je zaměřena na vlastnosti PHA, jejich biotechnologickou produkci a degradaci. Experimentální část bakalářské práce se zabývá produkcí polyhydroxyalkanoátů pomocí halofilní bakterie Halomonas organivorans využitím různých uhlíkatých substrátů. V úvodu byl úspěšně amplifikován a detekován gen phaC kódující PHA-syntázu. Potvrzena byla také extracelulární lipolytická aktivita zkoumaného kmene. Nejvhodnějšími substráty pro růst a produkci PHB byly shledány sacharidy, konkrétně nejlepší výsledky prokázala galaktóza a manóza. Z toho důvodu je velice vhodné využití kávové sedliny pro biotechnologickou produkci PHB, jako odpadu bohatého na galaktomanany. Na druhé straně byl zaznamenán velmi omezený nebo žádný růst na laktóze a xylóze, a z toho důvodu jsou odpadní syrovátka a lignocelulózové materiály bohaté na pentózy nevhodnými substráty pro požadovaný účel. Naopak se objevuje potenciální využití odpadní melasy kvůli dobrým výsledkům ultivace na sacharóze. Pomalý růst a snížená produkce byly zjištěny při kultivaci bakterií na kuchyňském odpadu a odpadním glycerolu. Koncentrace soli vhodná pro růst H. organivorans a produkci PHB byla optimalizovaná na hodnotu 60 g/l. Přídavek vybraných prekurzorů 3-hydroxyvalerátu po 24 hodinách kultivace nepomohl k tvorbě kopolymeru P(3HB-co-3HV). Sice tento přídavek zpomalil růst, ale zvýšil procentuální tvorbu PHB v buňkách. Obecně byly výtěžky biotechnologické produkce PHB vysoké, téměř ve všech úspěšných případech byl procentuální obsah PHB v buňkách větší než 50 %. S ohledem na výsledky lze konstatovat, že k úplnému zhodnocení H. organivorans jako potenciálního biotechnologického producenta jsou žádoucí další experimenty.The objective of this work is a study of polyhydroxyalkanoates as bacterial carbon and energy storage forms, which are produced intracellularly. The theoretical part of the study is focused on physical properties of PHA, their biotechnological production and degradation. The experimental part deals with production of polyhydroxyalkanoates by halophile bacterium Halomonas organivorans using several different carbon substrates. Firstly, the gene encoding for PHA-synthase, phaC, was successfully amplified and detected. Extracellular lipolytical activity was also proved. Secondly, the most appropriate substrate for bacterial growth and PHA production were found to be hydrocarbons, especially galactose and mannose. Due to these results, it is highly desirable to use coffee grounds for the biotechnological production of PHB, as galactomannan-rich waste. On the other hand, lactose and xylose have shown to be unsuitable carbon sources. For that reason, waste whey and lignocellulosic materials rich for pentoses are inconvenient substrates for the intended purpose. There is a potential use of waste molasses because of good results of sucrose at contrast. By the cultivation on kitchen waste and waste glycerol were the growth slow and the production of PHA reduced significantly. The optimal salt concentration for bacterial growth and PHA production were discovered as 60 grams per litre. Addition of several precursors of 3-hydroxyvalerate after 24 hours of cultivation have not induced the copolymer P(3HB-co-3HV) formation. Even though these precursors have inhibited the bacterial growth, the significant increase of the PHB percent contend was observed. In general, the yield of the production has been considerable, it should be noted than almost in each successful cultivation the PHA content in bacterial cells exceeded 50 weight %. With a respect to results, more experiments for full evaluation of H. organivorans as a potential biotechnological PHA producing bacteria are regarded.